JP2014241574A - Reception power estimation device and reception power estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受信電力推定装置、及び受信電力推定方法に関する。 The present invention relates to a received power estimation apparatus and a received power estimation method.
近年、無線LAN(Local Area Network)などの自営屋内無線通信システムの普及に伴い、隣接アクセスポイント、及びその配下の端末との干渉が問題となっている。これらの干渉の軽減には、隣接アクセスポイントの通信エリアへの干渉を回避しつつ、自らのアクセスポイント(以下、「AP」という。)の適切な通信エリア設計が必要となる。通信エリア設計とは、適切な送信電力の設定とアンテナ設置位置の決定であり、アンテナ設置位置により家具などの遮蔽物によるシャドウイングの影響が大きく変動する宅内環境において、正確に通信エリアを設計するためには、任意のアンテナ設置位置における屋内の伝搬特性を推定する必要がある。また、家具による伝搬変動は建物・部屋ごとに固有であるため、建物・部屋ごとに固有な伝搬特性の推定が必要となる。 In recent years, with the spread of self-employed indoor wireless communication systems such as a wireless local area network (LAN), interference with adjacent access points and terminals under the access has become a problem. In order to reduce these interferences, it is necessary to design an appropriate communication area of its own access point (hereinafter referred to as “AP”) while avoiding interference to the communication area of adjacent access points. Communication area design is the setting of appropriate transmission power and determination of the antenna installation position. Design the communication area accurately in a home environment where the influence of shadowing by furniture and other shielding objects varies greatly depending on the antenna installation position. Therefore, it is necessary to estimate indoor propagation characteristics at an arbitrary antenna installation position. Further, since propagation fluctuations due to furniture are unique to each building / room, it is necessary to estimate propagation characteristics unique to each building / room.
建物・部屋ごとに固有な伝搬特性を推定する手法には、大別して3つの手法がある。第1の推定方法は、測定点にアンテナを設置し受信電力を実測する手法であり、第2の推定方法は、統計モデルを利用して受信電力を計算する手法であり、第3の推定方法は、計算機上に構築した建物・屋内のモデル化を用いて電波伝搬をシミュレートし、受信電力を計算する手法である。実測を用いる第1の推定方法は、アンテナ設置場所以外の測定ができないため、通信エリア設計に必要な任意の場所の伝搬特性の推定は困難である。また、統計モデルを用いる第2の推定方法は、伝搬特性を精度良く推定することが難しいため、アンテナの設置位置を限定し、統計モデルの計算値を実測値で補正する手法が提案されている。しかし、アンテナ設置位置により大きく伝搬特性が変動する宅内環境では、通信エリア設計に必要な任意の場所の伝搬特性の推定は困難である。一方、計算機シミュレーションを用いる第3の推定方法は、計算機上で送受信アンテナの位置を任意に動かせるため、建物・部屋ごとにCAD(computer aided design)ソフト等によって正確にモデル化すれば、通信エリア設計に必要な任意の場所の伝搬特性を精度良く推定することが可能である。 There are roughly three methods for estimating propagation characteristics unique to each building / room. The first estimation method is a method of installing an antenna at a measurement point and actually measuring the received power, and the second estimation method is a method of calculating the received power using a statistical model. Is a method of simulating radio wave propagation using building / indoor modeling built on a computer and calculating received power. Since the first estimation method using actual measurement cannot measure other than the antenna installation location, it is difficult to estimate the propagation characteristics of an arbitrary location necessary for communication area design. In addition, the second estimation method using the statistical model is difficult to estimate the propagation characteristics with high accuracy. Therefore, a method for limiting the antenna installation position and correcting the calculated value of the statistical model with the actual measurement value has been proposed. . However, in a home environment where the propagation characteristics vary greatly depending on the antenna installation position, it is difficult to estimate the propagation characteristics of an arbitrary place necessary for communication area design. On the other hand, in the third estimation method using computer simulation, the position of the transmitting / receiving antenna can be arbitrarily moved on the computer. Therefore, if modeling is accurately performed by CAD (computer aided design) software for each building / room, communication area design is possible. It is possible to accurately estimate the propagation characteristics of an arbitrary place necessary for the measurement.
受信電力の計算機シミュレーションには、一般にFDTD(Finite Difference Time Domain method)法とレイトレース法とが用いられる。FDTD法では、マクスウェルの偏微分方程式を時間、及び空間について差分近似し、時間領域で解くことで電界強度が求められ、任意の場所の受信電力を推定できる。FDTD法は、推定精度は高いが、波長の数分の1の単位ごとに電磁界解析を行うため、その演算量は推定する領域の大きさに依存する。一般的に、波長と比べ、建物・部屋のサイズは数桁以上大きいため、その伝搬環境の推定には膨大な演算量がかかってしまうという問題がある。一方で、レイトレース法は、電波の素波をレイと見なして送信点から受信点までのレイの軌跡を幾何学的にトレースし、その結果に基づいて受信点における各素波の電界強度を、幾何光学理論を用いて算出する。レイトレース法の計算時間は、波長に依存しないため、建物・屋内の伝搬特性の推定に適している。 The computer simulation of received power generally uses a FDTD (Finite Difference Time Domain method) method and a ray tracing method. In the FDTD method, Maxwell's partial differential equation is approximated in terms of time and space, and the electric field strength is obtained by solving in the time domain, and the received power at an arbitrary place can be estimated. Although the FDTD method has high estimation accuracy, since the electromagnetic field analysis is performed for each unit of a fraction of the wavelength, the amount of calculation depends on the size of the region to be estimated. Generally, since the size of a building / room is several orders of magnitude larger than the wavelength, there is a problem that estimation of the propagation environment requires a huge amount of computation. On the other hand, the ray tracing method regards the elementary waves of radio waves as rays and geometrically traces the ray trajectory from the transmission point to the reception point. Based on the result, the electric field strength of each elementary wave at the reception point is calculated. Calculated using geometric optics theory. Since the calculation time of the ray tracing method does not depend on the wavelength, it is suitable for estimating propagation characteristics in buildings and indoors.
図22は、従来技術(例えば、非特許文献1参照。)の受信電力推定装置900の構成を示すブロック図である。同図において、受信電力推定装置900は、受信電力推定部901を備えている。受信電力推定部901は、受信電力の推定対象である受信点・送信点の端末(以下、「受信電力推定端末」と記載する。)の位置と、受信電力推定端末の送信パラメータと、家具などの遮蔽物のレイアウトデータと、遮蔽物の材質とを入力し、レイトレース法を用いて計算機上で受信電力を推定する。
FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration of a reception
図23は、従来技術の受信電力推定部901の構成を示すブロック図である。受信電力推定部901は、レイトレース計算部902、伝搬損失計算部903、及び受信電力計算部904を備えている。レイトレース計算部902は、送信点から球面上に放射された電波をレイと見なして、家具などの遮蔽物のレイアウトデータと受信電力推定端末の位置に基づいて、レイの軌跡を幾何学的にトレースし、送信点から受信点まで到達するパスを計算して出力する。伝搬損失計算部903は、レイトレース計算部902から出力されたレイのパスと、遮蔽物の材質と、送信周波数とから、パスごとの透過係数、反射係数、回折係数や、距離による減衰量(伝搬損失)を計算して出力する。受信電力計算部904は、伝搬損失計算部903から出力された減衰量と、送信パラメータから得られる送信アンテナ利得と、受信アンテナ利得と、送信電力とを用いて受信点の受信電力を算出する。
FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration of a reception
次に、従来技術の受信電力推定装置900の動作について説明する。
まず、CAD(Computer Aided Design)ソフトを用いて家具などの遮蔽物のレイアウトを作成し、受信電力推定対象の端末・APの位置などを示す受信電力推定端末位置と、遮蔽物の材質と、送信アンテナ利得や、受信アンテナ利得、送信電力、送信周波数などを示す受信電力推定端末送信パラメータとを受信電力推定部901に入力する。レイトレース計算部902では、送信点から球面上に放射された電波をレイと見なして、家具などの遮蔽物のレイアウトデータと受信電力推定端末位置に基づいて、レイの軌跡を幾何学的にトレースし、送信点から受信点まで到達するパスを出力する。
Next, the operation of the conventional received
First, use CAD (Computer Aided Design) software to create a layout for shielding objects such as furniture, receive power estimation terminal position indicating the position of the received power estimation target terminal, AP, etc., shielding material, and transmission Reception power estimation terminal transmission parameters indicating antenna gain, reception antenna gain, transmission power, transmission frequency, and the like are input to reception
伝搬損失計算部903は、レイトレース計算部902から出力されたレイのパスと、遮蔽物の材質と、送信周波数とから、パスごとの透過係数、反射係数、回折係数や、距離による減衰量を出力する。受信電力計算部904は、伝搬損失計算部903から出力された減衰量と、送信パラメータデータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とを用いて、受信点の受信電力を算出して出力する。このようにして、遮蔽物のレイアウトデータや、受信電力を推定する端末・APの位置、遮蔽物の材質、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、送信周波数からレイトレース法によって任意の場所における受信電力を得ることができる。
The propagation
次に、上述した伝搬損失計算部903、受信電力計算部904の動作を、数式を用いて詳細に説明する。iをレイの番号、hを壁の番号、pを回折点の番号、受信点に到達したi番目のレイがh番目の壁面で反射する回数をWi,h、i番目のレイがh番目の壁面を透過する回数をXi,h、i番目のレイがh番目の壁面で回折する回数をYi,hとし、i番目のレイがh番目の壁面でl番目に反射した場合の反射係数をRi,h,l、i番目のレイがh番目の壁面でm番目に透過した場合の透過係数をTi,h,m、i番目のレイがh番目の壁面でn番目に回折した場合の回折係数をDi,h,n、i番目のレイの送信点から最初の回折点までの延べ距離をsi,1、i番目のレイのp−1番目の回折点からp番目までの回折点までの延べ距離をsi,p、送信電力をPt、送信アンテナ利得をGt、受信アンテナ利得をGr、送信周波数をf、光速をc、波数をk(=2π/λ、λは波長)とすると、i番目のレイの電界強度Ei、伝搬損失Li、受信電力Prはそれぞれ、次式(1)、(2)、(3)で計算される。なお、jは虚数単位であり、Re[・]は複素数の実部を、Im[・]は複素数の虚部を示す。
Next, operations of the above-described propagation
ここでは、整数の添え字は媒質種類を示す。第1の媒質から第2の媒質へ電波が入射する場合のフレネルの反射係数をR||(TE入射)、R⊥(TM入射)、比複素屈折率をn12、第1の媒質の比透磁率をμ1、比誘電率をε1、導電率をσ1、第2の媒質の比透磁率をμ2、比誘電率をε2、導電率をσ2、入射角をθ、角周波数をω、厚さをd、波長をλとすると、R||(TE入射)、R⊥(TM入射)は、次式(4)、(5)、(6)で表される(例えば非特許文献2参照)。 Here, the integer subscript indicates the medium type. When a radio wave is incident on the second medium from the first medium, the Fresnel reflection coefficient is R || (TE incidence), R ⊥ (TM incidence), the relative complex refractive index is n 12 , and the ratio of the first medium Permeability is μ 1 , relative permittivity is ε 1 , conductivity is σ 1 , relative permeability of the second medium is μ 2 , relative permittivity is ε 2 , conductivity is σ 2 , incident angle is θ, angle When the frequency is ω, the thickness is d, and the wavelength is λ, R || (TE incidence) and R ⊥ (TM incidence) are expressed by the following equations (4), (5), and (6) (for example, Non-patent document 2).
また、透過係数Tは、次式(7)で表される。 Further, the transmission coefficient T is expressed by the following equation (7).
式(7)において、βは厚さd、及び第1の媒質内の波長λ1の関数である。また、r12は式(4)または式(5)で与えられる第1の媒質の第2の媒質に対するフレネルの反射係数であり、r23は第2の媒質の第3の媒質に対するフレネルの反射係数である。
また、t12は第1の媒質から第2の媒質に入射波が透過する場合のフレネルの透過係数であり、t23は第2の媒質から第3の媒質に入射波が透過する場合のフレネルの透過係数である。上記β、t||(TE入射)、t⊥(TM入射)は、各々、次式(8)、(9)、(10)のように表される。t||、t⊥はそれぞれ、TE入射、TM入射の場合に式(7)を用いて透過係数を算出するときに、t12、t23として用いられる。
In equation (7), β is a function of the thickness d and the wavelength λ 1 in the first medium. Further, r 12 is the Fresnel reflection coefficient of the first medium with respect to the second medium given by Expression (4) or (5), and r 23 is the Fresnel reflection of the second medium with respect to the third medium. It is a coefficient.
Further, t 12 is the transmission coefficient of Fresnel when the incident wave is transmitted to the second medium from the first medium, t 23 is Fresnel when the incident wave is transmitted into the third medium from the second medium Is the transmission coefficient. The above β, t || (TE incidence) and t ⊥ (TM incidence) are respectively expressed by the following equations (8), (9), and (10). t || and t ⊥ are respectively used as t 12 and t 23 when calculating the transmission coefficient using Equation (7) in the case of TE incidence and TM incidence.
上述した従来技術では、端末やAPの位置と、遮蔽物のレイアウト、材質の情報により構成される屋内伝搬モデルを、事前にCADソフト等を用いて正確にモデル化できれば、計算機シミュレーションを用いて、端末や、APの任意の点における受信電力を正確に推定できる。 In the above-described conventional technology, if an indoor propagation model composed of information on the position of the terminal or AP, the layout of the shielding object, and the material can be accurately modeled in advance using CAD software or the like, using computer simulation, The received power at any point of the terminal or AP can be accurately estimated.
しかしながら、屋内伝搬モデルのモデル化で必要なパラメータのうち、家具のレイアウトは、建物・部屋ごとに固有であり、建物・部屋ごとにCADソフト等によるモデル化が必要である。また、家具などの遮蔽物の物理特性は、同一種類の素材であっても製造者等によって異なる。このため、従来技術では、正確に什器の位置と材質を入力することが困難であり、端末や、APの任意の点における受信電力を正確に推定できないという課題があった。 However, among the parameters necessary for modeling the indoor propagation model, the furniture layout is unique to each building / room, and needs to be modeled by CAD software or the like for each building / room. In addition, the physical characteristics of a shield such as furniture vary depending on the manufacturer even if the same type of material is used. For this reason, in the prior art, it is difficult to accurately input the position and material of the fixture, and there is a problem that it is impossible to accurately estimate the received power at any point of the terminal or AP.
上記事情に鑑み、本発明は、家具などの遮蔽物のレイアウトや材質の入力なしで、任意の点における受信電力を正確に推定することができる受信電力推定装置、及び受信電力推定方法を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention provides a received power estimation apparatus and a received power estimation method capable of accurately estimating received power at an arbitrary point without inputting layout or material of a shield such as furniture. The purpose is that.
本発明の一態様は、遮蔽物が設置された屋内空間を含んだ空間において実測した複数のパスの受信電力と、前記空間を自由空間と仮定した場合の前記パスの受信電力とに基づいて、前記パスごとの透過損失を算出するパス透過損失抽出部と、前記屋内空間をメッシュで区切り、前記パス透過損失抽出部が算出した前記パス毎の透過損失に基づいて前記メッシュごとの透過損失の推定値を算出するメッシュ透過損失推定部と、前記メッシュ透過損失推定部が算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて前記空間内の任意の点における受信電力の推定値を算出する受信電力推定部と、を備えることを特徴とする受信電力推定装置である。 One aspect of the present invention is based on the received power of a plurality of paths actually measured in a space including an indoor space where a shield is installed, and the received power of the path when the space is assumed to be a free space. A path transmission loss extraction unit that calculates transmission loss for each path and a partition of the indoor space with a mesh, and estimation of transmission loss for each mesh based on the transmission loss for each path calculated by the path transmission loss extraction unit A mesh transmission loss estimator that calculates a value, and a received power that calculates an estimated value of received power at an arbitrary point in the space based on the estimated transmission loss value for each mesh calculated by the mesh transmission loss estimator A reception power estimation apparatus comprising: an estimation unit.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、前記受信電力推定部は、前記メッシュ透過損失推定部が推定した各メッシュの透過損失の推定値の相違に基づいて生成された前記屋内空間のレイアウトデータと、各メッシュの前記透過損失の推定値と、受信電力推定対象の無線通信装置の位置と、受信電力推定対象の前記無線通信装置の送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数とに基づいて、受信電力推定対象の前記無線通信装置の受信電力の推定値を算出する、ことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the reception power estimation device described above, wherein the reception power estimation unit is generated based on a difference in transmission loss estimation values of the meshes estimated by the mesh transmission loss estimation unit. The layout data of the indoor space, the estimated value of the transmission loss of each mesh, the position of the wireless communication device subject to reception power estimation, the transmission antenna gain, the reception antenna gain of the wireless communication device subject to reception power estimation, Based on the transmission power and the transmission frequency, an estimated value of the reception power of the wireless communication device that is a reception power estimation target is calculated.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、メッシュサイズ、端末と遮蔽物の距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、及び推定誤差を対応付けたデータから、入力された端末と遮蔽物の距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、及び推定誤差に対応したメッシュサイズを取得し、前記メッシュ透過損失推定部に出力するメッシュサイズ決定部をさらに備える、ことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the reception power estimation device described above, which is input from data in which a mesh size, a distance between a terminal and an obstacle, a projected area of an obstacle on an estimation plane, and an estimation error are associated with each other. A mesh size determination unit that obtains a mesh size corresponding to a distance between the terminal and the shielding object, a projected area of the shielding object on the estimation plane, and an estimation error, and outputs the mesh size to the mesh transmission loss estimation unit; Features.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、メッシュサイズ、端末と遮蔽物の距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、推定誤差、再帰処理回数、及び処理回数を対応付けたデータから、入力された端末と遮蔽物の距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、及び推定誤差に対応した再帰処理回数と処理回数ごとのメッシュサイズとを取得し、前記メッシュ透過損失推定部に出力する動的メッシュサイズ決定部と、前記メッシュ透過損失推定部が算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて、遮蔽物の有無を判定する什器位置推定部と、をさらに備え、前記メッシュ透過損失推定部は、透過損失値の推定値を算出する処理回数が前記動的メッシュサイズ決定部から出力された再帰処理回数に達するまで、処理回数に対応するメッシュサイズで前記屋内空間を区切り、メッシュごとの透過損失の推定値を算出することを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the above-described received power estimation apparatus, which includes a mesh size, a distance between a terminal and a shielding object, a projection area of the shielding object on an estimation plane, an estimation error, a recursive processing count, and a processing count. From the associated data, the distance between the input terminal and the shielding object, the projected area of the shielding object on the estimated plane, and the number of recursive processes corresponding to the estimation error and the mesh size for each processing number are acquired, and the mesh transmission A dynamic mesh size determination unit that outputs to a loss estimation unit; and a fixture position estimation unit that determines the presence or absence of an obstruction based on the estimated transmission loss value for each mesh calculated by the mesh transmission loss estimation unit. In addition, the mesh transmission loss estimation unit may adjust the number of processes until the number of processes for calculating the estimated value of the transmission loss value reaches the number of recursive processes output from the dynamic mesh size determination unit. Mesh size delimiting said interior space, and calculates the estimated value of the transmission loss of each section.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、前記屋内空間において利用される無線通信装置の位置及び時刻を含む端末位置情報に基づいて前記屋内空間における無線利用範囲を特定し、前記屋内空間の近隣に位置する他の無線通信装置への与干渉量を所定値以下となるか否かの判定に必要となる受信電力の実測領域を推定して出力する電波利用範囲推定部をさらに備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the above-described reception power estimation device, wherein a wireless usage range in the indoor space is specified based on terminal position information including a position and time of a wireless communication device used in the indoor space. Then, the radio wave utilization range estimation that estimates and outputs the measurement area of the received power necessary to determine whether the amount of interference with other wireless communication devices located in the vicinity of the indoor space is equal to or less than a predetermined value It further has a section.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、前記空間において実測した複数のパスの受信電力に基づいて遅延プロファイルを推定する遅延プロファイル推定部をさらに備え、前記パス透過損失抽出部は、前記遅延プロファイル推定部が推定した前記遅延プロファイルと、前記空間を自由空間と仮定した場合の前記パスの受信電力とに基づいて、前記パスごとの透過損失を算出する、ことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the above-described reception power estimation apparatus, further comprising a delay profile estimation unit that estimates a delay profile based on reception power of a plurality of paths actually measured in the space, and the path transmission loss The extraction unit calculates a transmission loss for each path based on the delay profile estimated by the delay profile estimation unit and the received power of the path when the space is assumed to be a free space. And
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、前記空間において実測した受信電力の周波数領域データをサンプリングして得られた周波数データベクトルから受信データ相関行列を算出し、前記受信データ相関行列から空間スペクトラムを算出するパス分離部と、前記パス分離部が算出した前記空間スペクトラムのピーク値に対応する伝搬遅延時間を推定する伝搬遅延推定部と、をさらに備え、前記遅延プロファイル推定部は、前記遅延プロファイルとして、前記伝搬遅延推定部によって推定された各パスの伝搬遅延時間に対応する受信電力を算出する、ことを特徴とする。 Further, one aspect of the present invention is the above-described reception power estimation device, wherein a reception data correlation matrix is calculated from a frequency data vector obtained by sampling frequency domain data of reception power measured in the space, A path separation unit that calculates a spatial spectrum from a received data correlation matrix; and a propagation delay estimation unit that estimates a propagation delay time corresponding to a peak value of the spatial spectrum calculated by the path separation unit, the delay profile The estimation unit calculates received power corresponding to the propagation delay time of each path estimated by the propagation delay estimation unit as the delay profile.
また、本発明の一態様は、上述する受信電力推定装置であって、前記パス透過損失抽出部は、前記空間における受信電力の実測に用いた無線通信装置の位置に基づいて、送信点から受信点まで到達するパスを算出するレイトレース計算部と、マルチパス環境下における反射係数及び透過係数を1とし、前記レイトレース計算部が算出したパスと、受信電力の実測に用いた送信周波数とに基づいて、自由伝搬の距離減衰量を算出する伝搬損失計算部と、前記伝搬損失計算部が算出した前記自由伝搬の距離減衰量と、受信電力の実測に用いた前記無線通信装置の送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とに基づいて、受信点の受信電力を算出する受信電力計算部と、前記受信電力計算部が算出した前記受信点の受信電力と、前記遅延プロファイル推定部が推定した前記遅延プロファイルから得られる受信電力との差に基づいて前記パスごとの透過損失を算出する減算器とを備える、ことを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the above-described reception power estimation device, wherein the path transmission loss extraction unit receives a signal from a transmission point based on a position of a wireless communication device used for actual measurement of reception power in the space. A ray trace calculation unit that calculates a path that reaches a point, a reflection coefficient and a transmission coefficient in a multipath environment are set to 1, a path calculated by the ray trace calculation unit, and a transmission frequency used for actual measurement of received power Based on the propagation loss calculation unit for calculating the free propagation distance attenuation, the free propagation distance attenuation calculated by the propagation loss calculation unit, and the transmission antenna gain of the wireless communication device used for the actual measurement of received power A reception power calculation unit that calculates reception power of a reception point based on the reception antenna gain and transmission power, the reception power of the reception point calculated by the reception power calculation unit, and the delay B and a file subtraction estimator calculates the transmission loss of each of the paths on the basis of a difference between the received power obtained from the delay profile estimator, characterized in that.
また、本発明の一態様は、受信電力推定装置が実行する受信電力推定方法であって、パス透過損失抽出部が、遮蔽物が設置された屋内空間を含んだ空間において実測した複数のパスの受信電力と、前記空間を自由空間と仮定した場合の前記パスの受信電力とに基づいて、前記パスごとの透過損失を算出するパス透過損失抽出過程と、メッシュ透過損失推定部が、前記屋内空間をメッシュで区切り、前記パス透過損失抽出過程において算出した前記パス毎の透過損失に基づいて前記メッシュごとの透過損失の推定値を算出するメッシュ透過損失推定過程と、受信電力推定部が、前記メッシュ透過損失推定過程において算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて前記空間内の任意の点における受信電力の推定値を算出する受信電力推定過程と、を有することを特徴とする受信電力推定方法である。 One embodiment of the present invention is a reception power estimation method executed by a reception power estimation apparatus, in which a path transmission loss extraction unit includes a plurality of paths measured in a space including an indoor space where a shield is installed. A path transmission loss extraction process for calculating a transmission loss for each path based on the received power and the received power of the path when the space is assumed to be a free space, and the mesh transmission loss estimation unit includes the indoor space A mesh transmission loss estimation process for calculating an estimated value of transmission loss for each mesh based on the transmission loss for each path calculated in the path transmission loss extraction process, and a received power estimation unit, Received power estimation that calculates an estimated value of received power at an arbitrary point in the space based on an estimated value of transmission loss for each mesh calculated in the transmission loss estimation process. A received power estimating method characterized by comprising the steps, a.
本発明により、建物・部屋ごとに異なる屋内空間をメッシュで区切り、実測データからメッシュごとの透過損失値を推定することによって、家具などの遮蔽物のレイアウトや材質の入力なしで、任意の点における受信電力を正確に推定することが可能となる。 According to the present invention, a different indoor space for each building / room is separated by a mesh, and the transmission loss value for each mesh is estimated from measured data, so that the layout or material of a shielding object such as furniture can be input at any point. It is possible to accurately estimate the received power.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態では、遅延プロファイル推定とパス毎の透過損失抽出とメッシュ毎の透過損失推定を組み合わせることにより、複数の実測データを用いて、メッシュで区切った透過面ごとの透過損失値を推定し、任意の場所の受信電力を推定可能とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In this embodiment, by combining delay profile estimation, transmission loss extraction for each path, and transmission loss estimation for each mesh, a plurality of actually measured data is used to estimate a transmission loss value for each transmission surface divided by the mesh, The received power at an arbitrary place can be estimated.
[A.第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態による通信システムが前提とする屋内伝搬モデルを示すブロック図である。屋内伝搬モデルは、無線の受信局301と送信局302を備える。送信局302から送信された電波が、様々な経路を通って受信局301に届くマルチパス環境下の屋内伝搬モデルにおいて、受信局301は、送信局302から送信された直接波を受信する。この直接波は、屋内に配置された家具などの遮蔽物を透過する。なお、同図においては、受信局301が屋内に設置されているが、受信局301が屋外に設置されてもよく、受信局301が屋外に設置され、送信局302が屋内に設置されてもよい。
[A. First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an indoor propagation model premised on the communication system according to the first embodiment of the present invention. The indoor propagation model includes a
図2は、本第1実施形態による受信電力推定装置100の構成を示すブロック図である。受信電力推定装置100は、遅延プロファイル推定部101、パス透過損失抽出部102、メッシュサイズ決定部103、メッシュ透過損失推定部104、及び受信電力推定部105を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the received
遅延プロファイル推定部101は、受信局301、送信局302として用いる実測用の無線通信装置(以下、「実測無線通信装置」と記載する。)の位置をそれぞれ変えながら測定を行ったときの実測データの入力を受ける。実測データは、実測無線通信装置間における受信信号と既知信号の周波数チャネルごとのレベルや位相の実測値を示す。以下では、実測無線通信装置として、端末(以下、「実測端末」とも記載する。)とアクセスポイント(AP)を用いた場合を例に説明する。なお、端末とAPのいずれが送信局・受信局であってもよい。
The delay
遅延プロファイル推定部101は、スライディング相関処理によって受信信号と既知信号の全てのサンプルからなる実測データに対して相関演算を行い、遅延プロファイルを推定して出力する。遅延プロファイルは、遅延時間と受信電力との関係を示す。パス透過損失抽出部102は、遅延プロファイル推定部101により推定された遅延プロファイルと、入力された実測端末及びAPの位置と、入力された実測端末の送信パラメータとから、実測端末及びAP間が自由空間であると仮定した場合のパスごとの透過損失を算出する。実測端末及びAP間が自由空間であると仮定した場合のパスは、直接波のパス、すなわち、実測端末とAPを直線で結んだパスに相当する。送信パラメータには、送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数が含まれる。
The delay
メッシュサイズ決定部103は、屋内空間をメッシュで区切るときのメッシュサイズを設定する。メッシュ透過損失推定部104は、モデル化する屋内空間をメッシュサイズ決定部103が設定したメッシュサイズのメッシュで区切り、パス透過損失抽出部102により算出されたパス毎の透過損失の合計値から、メッシュごとの各面の透過損失値を推定する。
図3は、メッシュ透過損失推定部104において屋内空間をメッシュで区切ったモデルを示す図である。同図に示すように、モデル化する屋内空間は、縦、横、高さが同サイズのメッシュにより区切られる。
The mesh
FIG. 3 is a diagram illustrating a model in which indoor space is divided by a mesh in the mesh transmission
図2に示す受信電力推定部105は、メッシュ透過損失推定部104により推定されたメッシュごとの各面の透過損失値と、受信電力推定対象の無線通信装置である端末及びAPの位置と、受信電力推定対象端末の送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数とを用いて、任意の点に設置された受信電力推定対象の端末またはAPの受信電力を推定して出力する。
The reception
図4は、本第1実施形態によるパス透過損失抽出部102のブロック図である。同図に示すように、パス透過損失抽出部102は、レイトレース計算部201、伝搬損失計算部202、受信電力計算部203、及び減算器204を備えている。レイトレース計算部201は、実測データが得られたときの実測端末及びAPの位置から、実測端末及びAP間の直接波のパスを、送信点から受信点まで到達する透過波のパスとして算出し、出力する。伝搬損失計算部202は、反射係数、透過係数,回折係数を1とし、レイトレース計算部201から出力された透過波のパスと、送信パラメータに含まれる送信周波数とから、各パスの自由伝搬の距離減衰量を算出して出力する。
FIG. 4 is a block diagram of the path transmission
受信電力計算部203は、伝搬損失計算部202から出力された各パスの自由伝搬の距離減衰量と、送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とを用いて、自由空間を仮定した場合の受信点の受信電力をパスごとに算出して出力する。減算器204は、受信電力計算部203の算出結果と遅延プロファイル推定部101が推定した遅延プロファイルとの差分を演算し、パスごとの透過損失値の合計値を算出して出力する。
The reception
次に、本第1実施形態による受信電力推定装置100の動作について説明する。
図5は、本第1実施形態による受信電力推定装置100の動作を説明するためのフローチャートである。本第1実施形態では、時間領域データから遅延プロファイルを算出する手法を採用する。受信電力推定装置100には、実測データ、実測データの取得に用いた実測端末・APの位置、実測端末の送信パラメータが入力される。
Next, the operation of the received
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the reception
まず、遅延プロファイル推定部101は、スライディング相関処理によって受信信号と既知信号の全てのサンプルからなる実測データに対して相関演算を行い、遅延プロファイルを推定する(ステップS10)。この推定には従来技術が用いられるが、従来技術による遅延プロファイルの推定法には、時間領域データを用いる手法と周波数領域データを用いる手法とがある。時間領域データを用いる手法では、受信信号と既知信号とを相関演算する手法や、受信信号パイロットを送信信号パイロットで除算して伝達関数を求め、得られた伝達関数を逆離散フーリエ変換する手法などによって遅延プロファイルを得ることができる。一方、周波数領域データを用いる手法では、周波数スペクトルから逆離散フーリエ変換する手法、高分解手法などによって遅延プロファイルを得ることができる(例えば、参考文献3:柴田考基,“OFDM伝送における遅延プロファイル推定法”,映像情報メディア学会誌,Vol.60,No.10,p.1672-1680,2006年)。
First, the delay
パス透過損失抽出部102は、ステップS10において遅延プロファイル推定部101が推定した遅延プロファイルと、実測端末・APの位置と、送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数とから、パスの透過損失の合計値を算出して出力する(ステップS11)。
The path transmission
ここで、パス透過損失抽出部102の動作について詳細に説明する。
図6は、本第1実施形態によるパス透過損失抽出部102のステップS11における詳細な動作を説明するためのフローチャートである。まず、レイトレース計算部201は、自由空間を仮定したときの実測端末の位置とAPの位置とを結んだパス、すなわち、送信点から受信点まで到達する透過波のパスを算出し、伝搬損失計算部202に出力する(ステップS20)。伝搬損失計算部202は、反射係数、透過係数、及び回折係数を1とし、レイトレース計算部201から出力される透過波のパスと、送信パラメータに含まれる送信周波数とから、自由伝搬の距離減衰量を算出し、出力する(ステップS21)。
Here, the operation of the path transmission
FIG. 6 is a flowchart for explaining detailed operations in step S11 of the path transmission
受信電力計算部203は、伝搬損失計算部202が算出した自由伝搬の距離減衰量と、実測端末の送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とを用いて受信点の受信電力を各パスについて算出し、出力する(ステップS22)。
減算器204は、伝搬損失計算部202が算出した各パスの受信電力と、遅延プロファイル推定部101が推定した遅延プロファイルとの差分を演算することにより、パスごとの透過損失値の合計値を算出して出力する(ステップS23)。
The reception
The subtractor 204 calculates the total transmission loss value for each path by calculating the difference between the received power of each path calculated by the propagation
次に、ステップS21〜S23のパス透過損失抽出部102の動作を、数式を用いて詳細に説明する。反射係数、透過係数、回折係数を1として、i番目の透過波の自由伝搬の距離減衰量Li0は、次式(11)、(12)で表される。なお、iはパス及び透過波の番号、si,1はi番目の透過波のパスの距離、fは送信周波数、cは光速、kは波数、Eiはi番目の透過波の電界強度である。また、jは虚数単位であり、Re[・]は複素数の実部を、Im[・]は複素数の虚部を示す。si,1は実測端末及びAPの位置から算出される。また、波数kは、実測端末の送信パラメータに含まれる送信周波数から算出される波長λを用い、2π/λにより算出される。
Next, the operation of the path transmission
i番目の透過波の自由伝搬の受信電力Pr0は、次式(13)で表される。なお、Ptは送信電力、Gtは送信アンテナ利得、Grは受信アンテナ利得であり、実測端末の送信パラメータから得られる。 The received power P r0 for free propagation of the i th transmitted wave is expressed by the following equation (13). P t is the transmission power, G t is the transmission antenna gain, and G r is the reception antenna gain, which are obtained from the transmission parameters of the actually measured terminal.
i番目の透過波の透過損失の合計Zi[dB]は、i番目の透過波の受信電力Pr,iを用いて次式(14)で示すように推定できる。受信電力Pr,iは、遅延プロファイルにより示されるi番目のパスの主波の受信電力値である。 The total transmission loss Z i [dB] of the i-th transmitted wave can be estimated using the received power P r, i of the i-th transmitted wave as shown in the following equation (14). The received power Pr, i is the received power value of the main wave of the i-th path indicated by the delay profile.
ステップS21において、伝搬損失計算部202は、上記の式(11)〜(12)を用いて、各透過波の自由伝搬の距離減衰量Li0を算出し、ステップS22において、受信電力計算部203は、上記の式(13)を用いて、各透過波の自由伝搬の受信電力Pr0を算出する。そして、ステップS23において、減算器204は、上記の式(14)により、各透過波の透過損失の合計Ziを算出する。
In step S21, the propagation
図5に戻り、受信電力推定装置100の動作の説明を続ける。
メッシュサイズ決定部103は、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物の距離と、遮蔽物の推定平面への投影面積と、許容誤差の関係を示すメッシュサイズデータを記憶している。このメッシュサイズデータは、過去に行った推定の評価結果に基づいて作成されたデータである。ステップS12において、メッシュサイズ決定部103は、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物の距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、及び許容誤差の入力を受け、入力されたこれらの情報に対応したメッシュサイズをメッシュサイズデータから読み出し、メッシュ透過損失推定部104に出力する。
Returning to FIG. 5, the description of the operation of the received
The mesh
図7は、許容誤差が2dB(デシベル)、遮蔽物の推定平面への投影面積が1.275m2の場合における、受信電力推定対象の端末と遮蔽物の距離に対するメッシュサイズの関係を示す。このとき、端末と遮蔽物の距離が0.5mだとすると、メッシュサイズは0.41mとなる。 FIG. 7 shows the relationship of the mesh size with respect to the distance between the received power estimation target terminal and the shielding object when the allowable error is 2 dB (decibel) and the projected area of the shielding object on the estimation plane is 1.275 m 2 . At this time, if the distance between the terminal and the shielding object is 0.5 m, the mesh size is 0.41 m.
図5において、メッシュ透過損失推定部104は、メッシュサイズ決定部103から出力されたメッシュサイズと、パス透過損失抽出部102から出力されたパスごとの透過損失の合計値から、メッシュごとの各面の透過損失値を出力する(ステップS12)。
ここで、メッシュ透過損失推定部104の動作を、数式を用いて詳細に説明する。
In FIG. 5, the mesh transmission
Here, the operation of the mesh transmission
メッシュ透過損失推定部104は、モデル化する屋内空間をメッシュサイズ決定部103から出力されたメッシュサイズのメッシュで区切り、メッシュごとの各透過面の透過損失値Mhを推定する。Iをパスの総数、Hを透過面の総数、i番目の透過波がh番目の透過面で透過する場合はXi,h=1、透過しない場合はXi,h=0とし、i番目の透過波がh番目の透過面に透過した場合の透過係数をMhとし、評価関数を次式(15)のように定める。
Mesh transmission
これらの関係式を満たす中で、式(15)に示す評価関数を最小とする透過係数MhとXi,hの組み合わせが得られたとき、その透過係数Mhが式を満足するメッシュごとの各透過面への損失割当であり、シンプレックス法、ニュートン法、遺伝的アルゴリズムなどを用いることで解析することができる。解析で用いる初期値については、i番目の透過波の透過損失の合計Ziの最小値から最大値の範囲でランダムに選択すればよい。 While satisfying these relational expressions, when a combination of the transmission coefficient M h and X i, h that minimizes the evaluation function shown in Expression (15) is obtained, each mesh whose transmission coefficient M h satisfies the expression Loss allocation to each transmission surface, and can be analyzed by using a simplex method, a Newton method, a genetic algorithm, or the like. The initial value used in the analysis may be randomly selected in the range from the minimum value to the maximum value of the total transmission loss Z i of the i-th transmitted wave.
なお、評価関数として式(15)に代えて、次の式(16)、(17)、(18)のいずれかを用いてもよい。なお、式(17)、(18)におけるViはZiの真値であり、Vi=10^(−Zi/20)である。 Note that any of the following formulas (16), (17), and (18) may be used as the evaluation function instead of the formula (15). Note that V i in the equations (17) and (18) is the true value of Z i , and V i = 10 ^ (− Z i / 20).
メッシュ透過損失推定部104は、式(15)(または、式(16)、(17)、(18)のいずれか)を用いて、各メッシュの透過面毎の透過係数を算出する。これにより、例えば、遮蔽物に相当する位置のメッシュでは、その遮蔽物の材質に応じた透過係数が得られる。つまり、隣接するメッシュの透過係数の違いから、遮蔽物に対応する位置のメッシュが特定されるため、従来CADで作成していたレイアウトデータに相当するデータが得られる。
The mesh transmission
受信電力推定装置100は、モデル化する空間内で任意の点に設置した受信電力推定対象の端末及びAPの位置、受信電力推定対象の端末の送信パラメータの入力を受ける。受信電力推定部105は、メッシュ透過損失推定部104から出力されたメッシュごとの透過面の透過損失値に基づいてレイアウトデータを生成し、生成したレイアウトデータを用いて従来技術(非特許文献1)を適用した処理により、任意の点に設定した受信電力推定対象の無線通信装置の受信電力を推定する(ステップS13)。すなわち、受信電力推定部105は、図23に示す従来技術のレイトレース計算部902と同様の処理により、レイアウトデータと受信電力推定対象の端末及びAPの位置とに基づいて、レイの軌跡を幾何学的にトレースし、送信点から受信点まで到達するパスを計算して出力する。受信電力推定部105は、反射係数Ri,h,l、=1、回折係数Di,h,n=1とし、受信電力推定対象の端末の送信パラメータを用いて、従来技術に記載の式(1)、(2)、(3)より、任意の点に設定された受信電力推定対象の端末及びAPのうち受信点側の受信電力を推定する。透過係数Ti,h,mには、ステップS12において算出した各メッシュの透過面の透過係数を用いる。si,1、si,pは、レイアウトデータと端末及びAPの位置とから得られ、Pt、Gt、Grは、送信パラメータから得られる。kは、送信パラメータに含まれる送信周波数から算出される波長λを用い、2π/λにより得られる。
The reception
また、フレネルの式はTE波入射、TM入射に対して定義されており、入射面が反射・透過面に垂直である場合に適用可能である。そこで、反射・透過面に対して斜め入射を考慮する場合は、受信電力推定対象の端末及びAPの位置と透過・反射面の法線ベクトルから偏波比を求める必要がある(例えば、参考文献4:竹下昌弘、多賀登喜雄、今井哲朗,“屋内伝搬環境における交差偏波特性に関する検討”,電子情報通信学会論文誌B)。 The Fresnel equation is defined for TE wave incidence and TM incidence, and is applicable when the incident surface is perpendicular to the reflection / transmission surface. Therefore, when oblique incidence is considered with respect to the reflection / transmission surface, it is necessary to obtain the polarization ratio from the position of the terminal and AP of the received power estimation target and the normal vector of the transmission / reflection surface (for example, reference document) 4: Masahiro Takeshita, Tokio Taga, Tetsuro Imai, “Examination of cross polarization characteristics in indoor propagation environment”, IEICE Transactions B).
次に、本実施形態の受信電力推定装置100によるシミュレーション結果を示す。
図8は、シミュレーションに用いる実測無線通信装置としての送信局及び受信局と、遮蔽物との位置関係を示す概念図である。同図は、上から見たときの位置関係を示しており、3m四方の部屋に、縦0.3m、横0.3m、高さ1.5mの遮蔽物が配置される。また、送信局及び受信局として用いる実測無線通信装置は、部屋の周囲の8m四方の場所に位置を変えながら配置し、直接波を実測した。
Next, the simulation result by the received
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a positional relationship between a transmitting station and a receiving station as an actual measurement wireless communication apparatus used for simulation and a shielding object. The figure shows the positional relationship when viewed from above, and a 3 m square room is provided with a shielding object having a height of 0.3 m, a width of 0.3 m, and a height of 1.5 m. In addition, an actual measurement wireless communication apparatus used as a transmission station and a reception station was arranged while changing its position in an 8 m square area around the room, and a direct wave was actually measured.
図9は、シミュレーションに用いる受信電力推定対象の送信局及び受信局と、遮蔽物との位置関係を示す概念図である。同図は、上から見たときの位置関係を示している。同図に示すように、図8に示す3m四方の部屋にランダムに送信局としての端末を配置し、推定平面上の受信局の受信電力を推定した。推定平面は、部屋から0.1m離れた平面とした。メッシュ透過損失推定部104は、点線で示すように、遮蔽物の周囲をメッシュで区切り、各メッシュの透過面それぞれの透過損失を算出する。遮蔽物の周囲のメッシュをメッシュB1、メッシュB2、メッシュB3、メッシュB4とする。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the positional relationship between a transmission station and a reception station that are reception power estimation targets used in the simulation, and the shield. This figure shows the positional relationship when viewed from above. As shown in the figure, terminals as transmitting stations were randomly placed in a 3 m square room shown in FIG. 8, and the received power of the receiving station on the estimation plane was estimated. The estimated plane was a plane 0.1 m away from the room. The mesh transmission
図10は、シミュレーションに用いた遮蔽物の材質を示す図である。図10に示す遮蔽物の材質は参考文献5(Rec. ITU-R P.1238, “Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radio communication systems and radio local area networks in the frequency range 900 MHz to 100 GHz,”Recommendation ITU-R, p.12-14)を参照されたい。
FIG. 10 is a diagram showing the material of the shield used in the simulation. The material of the shield shown in FIG. 10 is described in Reference 5 (Rec. ITU-R P.1238, “Propagation data and prediction methods for the planning of indoor radio communication systems and radio local area networks in the
図11は、本シミュレーションにおけるメッシュの透過面の対応番号を示す図である。
同図では、図9に点線で示すメッシュの透過面を示している。同図に示すように、メッシュB1は透過面C1、C3、C4、C6を有し、メッシュB2は透過面C2、C4、C5、C7を有し、メッシュB3は透過面C6、C8、C9、C11を有し、メッシュB4は、透過面C7、C9、C12、C10を有する。
FIG. 11 is a diagram showing the corresponding numbers of the transmission surfaces of the mesh in this simulation.
In FIG. 9, the transmission surface of the mesh indicated by the dotted line in FIG. 9 is shown. As shown in the figure, mesh B1 has transmission surfaces C1, C3, C4, C6, mesh B2 has transmission surfaces C2, C4, C5, C7, and mesh B3 has transmission surfaces C6, C8, C9, C11 and the mesh B4 has transmission surfaces C7, C9, C12, and C10.
図12は、本第1実施形態による受信電力推定装置100のシミュレーション結果としてメッシュ透過損失推定部104が出力した結果を示す図である。同図に示すように、各透過面C1〜C12の透過損失が得られている。
FIG. 12 is a diagram illustrating a result output by the mesh transmission
図13は、本第1実施形態による受信電力推定装置100のシミュレーション結果として受信電力推定部105が出力した結果と、理論値との推定誤差の相補累積分布関数(CCDF:Complementary Cumulative Distribution Function)を示す図である。同図に示す受信電力推定誤差のCCDFは、図9に示すように部屋にランダムに端末を配置させたときの、受信推定平面における受信電力の理論値と、受信電力推定部105が推定した受信電力との誤差のCCDFである。
FIG. 13 shows a complementary cumulative distribution function (CCDF) of the estimation error between the result output from the received
図12、図13から明らかなように、受信電力推定装置100は、実測データを用いてメッシュごとの透過損失値を推定し、計算機シミュレーションを用いて任意の場所の受信電力を推定することができる。すなわち、メッシュ透過損失推定部104は、図12に示すように、透過面C1〜C12それぞれの透過損失を、透過面C1から順に、0.4,5.3,0,3.4,5.0,−0.2,3.5,0,−0.2,0.3,−0.3,−0.1(dB)と推定した。また、受信電力推定部105は、CCDFが0.01の場合でも受信電力推定誤差として、0.42(dB)と推定した。
As is apparent from FIGS. 12 and 13, the received
[B.第2実施形態]
第1実施形態では、時間領域データから遅延プロファイルを生成しているが、本第2実施形態では、周波数領域データを用いて遅延プロファイルを算出する。以下、第1実施形態との差分を中心に説明する。
[B. Second Embodiment]
In the first embodiment, the delay profile is generated from the time domain data. In the second embodiment, the delay profile is calculated using the frequency domain data. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described.
図14は、本発明の第2実施形態による受信電力推定装置100aの構成を示すブロック図であり、図2に示す第1実施形態の受信電力推定装置100と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。本第2実施形態による受信電力推定装置100aは、パス分離部601、伝搬遅延推定部602、遅延プロファイル推定部603、パス透過損失抽出部102、メッシュサイズ決定部103、メッシュ透過損失推定部104、及び受信電力推定部105を備えている。
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the received
パス分離部601は、実測した周波数領域データを適切なサンプリング周波数(例えば、OFDM信号の帯域幅)でサンプリングし、得られた周波数データベクトルから受信データ相関行列を算出する。また、パス分離部601は、送信周波数及び周波数帯域幅から受信データ相関行列を算出し、算出した受信データ相関行列から空間スペクトラムを算出して出力する。受信データ相関行列から空間スペクトラムを算出する方法として、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法や、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques)法といった高分解手法(例えば、参考文献6:Frantz Bouchereau, David Brady, and Colin Lanzl,“Multipath Delay Estimation Using a SuperresolutionPN-Correlation Method”, IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 49, NO. 5, MAY 2001)が用いられる。このとき、受信データの相関を抑圧するために、空間平均法(例えば、参考文献7:後藤尚久、中川正雄、伊藤精彦,“アンテナ・無線ハンドブック”,オーム社,p.457-459)を利用することも可能である。伝搬遅延推定部602は、パス分離部601から出力された空間スペクトラムを微分し、空間スペクトラムのピーク値に対応する伝搬遅延時間を推定する。遅延プロファイル推定部603は、各パスの伝搬遅延時間に対応する受信電力を算出し、遅延プロファイルを出力する。
次に、受信電力推定装置100aの動作について説明する。
The
Next, the operation of the received
図15は、本第2実施形態による受信電力推定装置100aの動作を説明するためのフローチャートである。上述したように、本第2実施形態では、周波数領域データを用いて遅延プロファイルを算出する。受信電力推定装置100aには、実測データ、実測データの取得に用いた実測端末・APの位置、実測端末の送信パラメータが入力される。実測データは、実測端末・APの位置を変えながら測定した受信電力の周波数領域データである。
FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation of the received
パス分離部601は、実測した周波数領域データを適切なサンプリング周波数(例えば、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号の帯域幅)でサンプリングして得られた周波数データベクトルから受信データ相関行列を算出する(ステップS30)。パス分離部601は、MUSIC法やESPRIT法といった高分解手法を用いて、受信データ相関行列から空間スペクトラムを算出し、出力する(ステップS31)。
The
次に、伝搬遅延推定部602は、パス分離部601から出力された空間スペクトラムを微分し、空間スペクトラムのピーク値に対応する伝搬遅延時間を推定して出力する(ステップS32)。遅延プロファイル推定部603は、各パスの伝搬遅延時間に対応する受信電力を算出し、遅延プロファイルを推定して出力する(ステップS33)。
Next, the propagation
ここで、パス分離部601、伝搬遅延推定部602、遅延プロファイル推定部603のMUSIC法を用いた場合の動作を一例に数式を用いて詳細に説明する。
実測端末及びAP間の遅延時間が異なるパスの総本数である到来波数をI、周波数データベクトルをx(f)、i番目(i=1〜I)のパスのモードベクトルをa(τi)、サンプリング数をN、サンプリングされた周波数をfn(n=1〜N)、周波数fnの周波数スペクトルをs(fn)、雑音をn(f)とすると、周波数帯域幅ΔF(=fN−f1)において、周波数間隔Δf(OFDM信号の帯域幅)でサンプリングされたN個のデータからなる周波数データベクトルx(f)は、次式(19)で表され、各変数は、次式(20)、(21)、(22)で表される。
Here, the operation when the MUSIC method of the
The number of incoming waves, which is the total number of paths with different delay times between the measurement terminal and the AP, is I, the frequency data vector is x (f), and the mode vector of the i-th (i = 1 to I) path is a (τ i ). If the sampling number is N, the sampled frequency is f n (n = 1 to N), the frequency spectrum of the frequency f n is s (f n ), and the noise is n (f), the frequency bandwidth ΔF (= f N− f 1 ), a frequency data vector x (f) composed of N pieces of data sampled at a frequency interval Δf (OFDM signal bandwidth) is expressed by the following equation (19). It represents with Formula (20), (21), (22).
周波数領域データを周波数間隔Δf(OFDM信号の帯域幅)でサンプリングすることにより、周波数データベクトルx(式(19)のx(f))が得られ、受信データ相関行列Rxxは、この周波数データベクトルのアンサンブル平均をとることで得られる。 By sampling the frequency domain data at a frequency interval Δf (the bandwidth of the OFDM signal), a frequency data vector x (x (f) in equation (19)) is obtained, and the received data correlation matrix R xx is the frequency data. Obtained by taking the ensemble average of vectors.
また、受信データ相関行列Rxxは固有値λi、固有ベクトルeiを用いて、以下の式(24)〜(26)のように分割できる。 The reception data correlation matrix R xx can be divided as shown in the following equations (24) to (26) using the eigenvalue λ i and the eigenvector e i .
モードベクトルa(τ)と雑音固有ベクトルENを用いて、以下の式(27)のようにMUSIC法の空間スペクトラムPMUSIC(τ)が定義できる。 Using the mode vector a and (tau) noise eigenvectors E N, can space the spectrum P MUSIC the MUSIC algorithm (tau) is defined as the following equation (27).
PMUSIC(τ)を微分することにより、i番目のパスについてピーク値を取るときの遅延時間τiが算出できる。遅延時間に対応する信号相関行列Sは、以下の式(28)となる。 By differentiating P MUSIC (τ), the delay time τ i when taking the peak value for the i-th path can be calculated. The signal correlation matrix S corresponding to the delay time is expressed by the following equation (28).
以下の式(29)に示すように、信号相関行列Sの対角成分hiをとって、パス受信電力hが得られる。 As shown in the following equation (29), taking diagonal h i of the signal correlation matrix S, pass the received power h is obtained.
δ(t)をデルタ関数とすると、以上より、遅延プロファイルh(t)は、以下の式(30)により得られる。 Assuming that δ (t) is a delta function, the delay profile h (t) is obtained by the following equation (30).
ステップS30において、パス分離部601は、式(23)を用いて受信データ相関行列Rxxを算出し、ステップS31において、式(24)〜(27)を用いて空間スペクトラムPMUSIC(τ)を算出する。ステップS32において、伝搬遅延推定部602は、式(27)により得られた空間スペクトラムPMUSIC(τ)を微分して遅延時間を算出し、式(28)により信号相関行列Sを算出する。ステップS33において、遅延プロファイル推定部603は、式(29)〜(30)を用いて、遅延プロファイルh(t)を算出する。
In step S30, the
以降の処理は、図5に示す第1実施形態の受信電力推定装置100のステップS11以降の動作と同様である。すなわち、パス透過損失抽出部102は、伝搬遅延推定部602から出力される遅延プロファイルと、実測端末及びAPの位置と、送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数とからパスごとの透過損失の合計値を算出して出力する(ステップS34)。
The subsequent processing is the same as the operation after step S11 of the received
メッシュサイズ決定部103は、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物の距離と、遮蔽物の推定平面への投影面積と、許容誤差の関係を示すメッシュサイズデータに基づいて、事前にメッシュサイズを設定しておく。メッシュ透過損失推定部104は、メッシュサイズ決定部103から出力されたメッシュサイズとパス透過損失抽出部102から出力されたパスごとの透過損失の合計値から式(15)の関係式を満たす透過係数MhとXi,hの組み合わせの中で、式(15)の評価関数を最小とする組み合わせを選択する(ステップS35)。シンプレックス法、ニュートン法、遺伝的アルゴリズムなどを用いることで解析することができる。
The mesh
受信電力推定部105は、メッシュ透過損失推定部104から出力されるメッシュごとの面の透過損失値と、入力された受信電力推定対象の端末・APの位置と受信電力推定対象の端末の送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、送信電力、及び送信周波数とを用いて、式(1)、式(2)、式(3)より任意の点に設定された受信電力推定対象の端末及びAPのうち受信点側の受信電力を推定する(ステップS36)。
The reception
上述した実施形態によれば、屋内空間をメッシュで区切り、複数の実測データから、メッシュごとの透過損失を推定することで、家具などの遮蔽物のレイアウトや材質の入力なしで、計算機上に建物・部屋ごとに固有の正確な屋内伝搬モデル化ができるとともに、任意の点における受信電力を正確に推定することができる。 According to the above-described embodiment, the indoor space is divided by a mesh, and the transmission loss for each mesh is estimated from a plurality of actually measured data. -It is possible to accurately model indoor propagation unique to each room and accurately estimate the received power at an arbitrary point.
[C.第3実施形態]
第3実施形態における屋内伝搬環境モデルには、図1の屋内環境モデルに加え受信電力推定対象のAPを備える。各受信電力推定対象のAPは光ファイバなどによってネットワークを介して集中制御局に接続され、送信タイミング、チャネルや送信電力などが一括制御される。このとき、AP間で互いに干渉を与えないように各APの周波数、送信電力やアンテナ指向性を集中制御局が制御することで、利用境界で信号レベルを規定値以下にする。このように、各APの電波到達範囲が互いに重複せずに交わらない状態を電波閉空間と定義する。
[C. Third Embodiment]
The indoor propagation environment model in the third embodiment includes an AP that is a reception power estimation target in addition to the indoor environment model of FIG. Each reception power estimation target AP is connected to a centralized control station via an optical fiber or the like, and transmission timing, channel, transmission power, and the like are collectively controlled. At this time, the centralized control station controls the frequency, transmission power, and antenna directivity of each AP so as not to interfere with each other between the APs, so that the signal level is reduced to a specified value or less at the usage boundary. In this way, a state in which the radio wave arrival ranges of the APs do not overlap with each other is defined as a radio wave closed space.
第3実施形態では、ユーザの無線利用分布に応じた電波閉空間の利用を前提として、無線利用範囲を推定し、電波閉空間を形成する際に優先度の高いレイアウト推定領域を推定し、APのユーザ又は保守者に推定した優先度の高いレイアウト推定領域における実測データの取得を促すことで、電波閉空間を形成する際に必要な実測データを効率的に取得するための受信電力推定装置について説明する。 In the third embodiment, on the premise that the radio wave closed space is used according to the radio wave usage distribution of the user, the radio use range is estimated, the layout estimation area having a high priority is estimated when the radio wave closed space is formed, and AP A reception power estimation device for efficiently acquiring actual measurement data necessary for forming a closed radio wave space by prompting a user or a maintenance person to acquire actual measurement data in a layout estimation area having a high priority estimated explain.
図16は、本発明の第3実施形態による受信電力推定装置100bの構成を示すブロック図であり、図2に示す第1実施形態の受信電力推定装置100と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。第3実施形態による受信電力推定装置100bは、遅延プロファイル推定部101、パス透過損失抽出部102、メッシュサイズ決定部103、メッシュ透過損失推定部104、及び受信電力推定部105、及び電波利用範囲推定部308を備えている。本実施形態の受信電力推定部105は第1実施形態の受信電力推定部105(図2)と同じ機能を有するが、本実施形態では受信電力推定部105の構成をより詳細に説明する。受信電力推定部105は、レイトレース計算部305、伝搬損失計算部306、及び受信電力計算部307を備えている。
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the received
レイトレース計算部305は、送信点から球面状に放射された電波をレイと見なして、メッシュ透過損失推定部104から出力されたメッシュごとの透過面の透過損失値に基づいてレイアウトデータを生成し、生成したレイアウトデータと受信電力推定対象端末の位置とに基づいて、レイの軌跡を幾何学的にトレースし、送信点から受信点まで到達するパスを出力する。
The ray
伝搬損失計算部306は、レイトレース計算部305から出力されたレイのパスと、遮蔽物の材質と、送信周波数とから、パスごとの透過係数、反射係数、開設係数や、距離による減衰量を算出する。なお、伝搬損失計算部306は、伝搬損失計算部903と同様の動作により減衰量を算出する。伝搬損失計算部306は算出した減衰量を受信電力計算部307に出力する。
The propagation
受信電力計算部307は、伝搬損失計算部306から出力された減衰量と、送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とを用いて、受信点の受信電力を算出して出力する。なお、受信電力計算部307は、受信電力計算部904と同様の動作により受信電力を算出する。
The reception
電波利用範囲推定部308は、端末位置情報に基づいてユーザの無線利用範囲を特定する。電波利用範囲推定部308は、特定した無線利用範囲と屋内の間取りデータとからレイアウト推定領域を推定し、推定したレイアウト推定領域を示す優先領域情報を出力する。なお、電波利用範囲推定部308は、優先領域情報を出力する際に、屋内の間取りデータに優先領域情報を重ね合わせた画像を表示することにより測定者などのユーザに対して出力するようにしてもよい。
The radio wave usage
図17は、第3実施形態による電波利用範囲推定部308の動作を説明するためのフローチャートである。電波利用範囲推定部308は、GPSや音波などの測位方法を用いて取得された端末位置情報と、屋内の間取りデータとを入力する。端末位置情報は、端末の位置を示す情報と、当該情報を取得した時刻を示す情報とを含む。電波利用範囲推定部308は、端末位置情報から端末の位置を中心として測位手法ごとの測定誤差を半径とした円で端末の利用範囲を表現する。このとき、時刻tに取得した端末位置情報を基準にして、測位した過去n回分の端末の利用範囲の円と時刻tの端末の利用範囲の円とが重複する空間を算出し、事前に定めたしきい値を超える空間をユーザの無線利用範囲として出力する(ステップS41)。電波利用範囲推定部308は、公知の技術を用いて無線利用範囲を算出する(例えば、参考文献8:山田直治、礒田佳徳、南正輝、森川博之、”屋外行動支援のためのGPS搭載携帯電話を用いた移動経路の逐次精錬手法”、情報処理学会論文誌、Vol.52、No.6、p.1951-1967、2011年7月)。
FIG. 17 is a flowchart for explaining the operation of the radio wave usage
次に、電波利用範囲推定部308は、推定した無線利用範囲と、屋内の間取りデータとから実測データを優先的に取得する領域を推定し、推定した領域をレイアウト推定領域として出力する(ステップS42)。電波閉空間においては、境界において与干渉量を規定値以下にするため、伝搬損失が小さい経路に合わせて送信電力値を決定する。よって、電波利用範囲推定部308は、ユーザの無線利用範囲から境界までの伝搬損失が設定値より小さい領域を推定し、推定した領域における実測データの取得優先度を高く設定する。
Next, the radio wave usage
電波利用範囲推定部308による取得領域推定の動作を数式を用いて詳細に説明する。まず、無線利用範囲において利用境界に最も近接する点(a0,b0,c0)を算出する。点(a0,b0,c0)と利用境界上の任意の点(a,b,c)との距離Rは次式(31)で表される。
The acquisition area estimation operation by the radio wave usage
利用する無線方式の周波数をfとし、一般住宅建材の透過損失をLとし、点(a0,b0,c0)と利用境界上の任意の点を結んだ直線上にある建材の透過数をNとして、点(a0,b0,c0)から利用境界線の任意の点までの伝搬損失LRを、次式(32)を用いて算出する。無線方式の周波数は、APのスペクトラムセンシングなどにより取得する。 The frequency of the wireless system to be used is f, the transmission loss of general residential building materials is L, and the number of transmissions of building materials on a straight line connecting points (a 0 , b 0 , c 0 ) and any point on the usage boundary as N, the propagation loss L R from the point (a 0, b 0, c 0) to any point of use boundary is calculated using the following equation (32). The radio frequency is acquired by AP spectrum sensing or the like.
一方、伝搬距離Rの最小値をR0とし、伝搬距離R0となる利用境界上の点と点(a0,b0,c0)とを結んだ直線上になる建材の透過損失をL’とし、透過数をN0として、次式(33)で表される伝搬損失LR0をしきい値として用いる。なお、透過損失L’は受信電力推定装置100bの利用者によって入力されるものとし、無線利用範囲が複数存在する場合には、各々の無線利用範囲において上記の処理を実施する。
On the other hand, the propagation distance of the minimum value of R and R 0, the transmission loss of the propagation distance R 0 become available point and the point on the boundary (a 0, b 0, c 0) and building materials made on a straight line connecting the L ', The transmission number is N 0 , and the propagation loss L R0 represented by the following equation (33) is used as a threshold value. The transmission loss L ′ is input by the user of the received
電波利用範囲推定部308は、式(33)で表される事前に設定したしきい値と、式(32)で算出される伝搬損失LRとを比較し、伝搬損失LRが伝搬損失LR0(しきい値)より小さい領域をレイアウト推定領域に設定する。次に、電波利用範囲推定部308は、設定されたレイアウト推定領域において優先して実測データを取得することを示す通知情報を出力して測定者に通知する(ステップS43)。測定者により取得された実測データは、遅延プロファイル推定部101に入力される。受信電力推定装置100bは、通知情報に応じて測定者が測定した測定データを受け付け、第1実施形態の受信電力推定装置100と同様に受信電力を推定する。
Telecommunications range
このようにして、第3実施形態の受信電力推定装置100bは、屋内において電波閉空間を設定し利用する場合において、他の電波閉空間に対する与干渉量を規定値以下となるか否かを判定するために必要となる実測データを取得する領域を無線利用範囲に基づいて推定し、測定者にその領域での伝搬サンプルの取得を促すことで、電波閉空間を形成する際に必要な伝搬サンプルを効率的に取得することができる。例えば、電波閉空間を形成する際には他の電波閉空間との利用境界上の与干渉量を面的に推定するために電波閉空間の全領域のレイアウトを推定する必要があり、全領域における実測データが取得する必要があった。しかし、第3実施形態の受信電力推定装置100bを用いることにより、電波閉空間を形成する際に必要な実測データを効率的に取得することができる。
In this way, the received
[D.第4実施形態]
第4実施形態では、メッシュサイズを段階的に細分化し、遮蔽物の位置を限定することにより、遮蔽物の存在しない空間におけるメッシュの透過損失推定を省略することにより、受信電力の推定において必要とする実測データの絶対量及び演算量を削減することができる受信電力推定装置について説明する。
[D. Fourth Embodiment]
In the fourth embodiment, it is necessary to estimate the received power by subdividing the mesh size in stages and limiting the position of the shielding object, thereby omitting the mesh transmission loss estimation in the space where the shielding object does not exist. A received power estimation apparatus capable of reducing the absolute amount and the calculation amount of actually measured data will be described.
図18は、本発明の第4実施形態による受信電力推定装置100cの構成を示すブロック図であり、図16に示す第3実施形態の受信電力推定装置100bと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。第4実施形態における受信電力推定装置100cは、遅延プロファイル推定部101、パス透過損失抽出部102、動的メッシュサイズ決定部401、メッシュ透過損失推定部402、什器位置推定部403、受信電力推定部105、及び電波利用範囲推定部308を備えている。受信電力推定部105は、レイトレース計算部305、伝搬損失計算部306、及び受信電力計算部307を備えている。
FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the received
動的メッシュサイズ決定部401は、メッシュサイズ、受信電力推定端末と遮蔽物との距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、許容誤差の関係を示すメッシュサイズデータ、許容誤差、再帰処理回数、処理ごとのメッシュサイズ、及び、全体で必要な実測データ数の関係を示す所要実測データ数を含むデータベースを予め記憶している。このデータベースは、過去に計算機上で行った推定の評価結果に基づいて作成されたデータである。
The dynamic mesh
図19は、第4実施形態による動的メッシュサイズ決定部401が記憶しているデータベースに含まれるメッシュサイズのデータの一例を示す図である。許容誤差、推定平面の投影面積、受信電力推定端末と遮蔽物との距離、及び、メッシュサイズが対応付けられて記憶されている。例えば、許容後差「1.5dB」と投影面積「1m2」と距離「0.2m」とメッシュサイズ「0.2m」とが対応付けられている。
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of mesh size data included in the database stored in the dynamic mesh
図20は、第4実施形態による動的メッシュサイズ決定部401が記憶しているデータベースに含まれる所要実測データ数の一例を示す図である。許容後差、再帰処理回数、処理回数、メッシュサイズ、及び、実測データ数が対応付けられて記憶されている。例えば、許容後差「1.5dB」と再帰処理回数「3回」と処理回数「2回目」とメッシュサイズ「0.3m」と実測データ数「8500」とが対応付けられている。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the number of required actual measurement data included in the database stored in the dynamic mesh
動的メッシュサイズ決定部401は、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物との距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、許容後差、及び所要実測データ数の入力を受け付ける。動的メッシュサイズ決定部401は、受け付けた情報に対応した再帰処理回数と処理回数に対応したメッシュサイズを、記憶しているデータベースから読み出す。動的メッシュサイズ決定部401は、読み出した再帰処理回数とメッシュサイズとをメッシュ透過損失推定部402に出力する。
The dynamic mesh
メッシュ透過損失推定部402は、動的メッシュサイズ決定部401から出力されるメッシュサイズと、パス透過損失抽出部102から出力されるパスごとの透過損失の合計値とから、メッシュ毎の各面の透過損失値を算出してレイトレース計算部305に出力する。なお、メッシュ透過損失推定部402によるメッシュ毎の各面の透過損失値の算出は、メッシュ透過損失推定部104と同様に行われる。
The mesh transmission
什器位置推定部403は、メッシュ透過損失推定部402から出力されるメッシュ毎の各面の透過損失値と、予め定められたしきい値とを比較する。しきい値は、例えば一般住宅の建材の透過損失の典型値を用いてもよいし、事前に測定した値を用いてもよい。什器位置推定部403は、判定結果を示す推定判定値をメッシュ透過損失推定部402に出力する。
The fixture
図21は、第4実施形態による受信電力推定装置100cの動作を説明するためのフローチャートである。受信電力推定装置100cには、端末位置情報、実測データ、実測データの取得に用いた実測端末及びAPの位置、実測端末の送信パラメータ、受信電力推定対象の端末・APの位置、受信電力推定対象端末の送信パラメータ、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物との距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、許容後差、及び所要実測データ数が入力される。
FIG. 21 is a flowchart for explaining the operation of the received
遅延プロファイル推定部101、パス透過損失抽出部102、レイトレース計算部305、伝搬損失計算部306及び受信電力計算部307は、第3実施形態による各部と同様の処理を行う。遅延プロファイル推定部101は、スライディング相関処理によって受信信号と既知信号の全てのサンプルからなる実測データに対して相関演算を行い、遅延プロファイルを推定してパス透過損失抽出部102に出力する(ステップS50)。
The delay
パス透過損失抽出部102は、遅延プロファイル推定部101により推定された遅延プロフィあると、入力された実測端末及びAPの位置と、入力された実測端末の送信パラメータとから、実測端末及びAP間が自由空間であると仮定した場合のパスごとの透過損失の合計値を算出する(ステップS51)。
If there is a delay profile estimated by the delay
動的メッシュサイズ決定部401は、メッシュサイズに対する端末と遮蔽物との距離、遮蔽物の推定平面への投影面積、許容後差及び所要実測データ数の入力を受け付け、入力されたこれらの情報に対応した再帰処理回数と処理回数に対応したメッシュサイズとをデータベースから読み出し、メッシュ透過損失推定部402に出力する(ステップS52)。
The dynamic mesh
メッシュ透過損失推定部402は、動的メッシュサイズ決定部401から出力されたメッシュサイズと、パス透過損失抽出部102から出力されたパス毎の透過損失の合計値とから、メッシュ毎の各面の透過損失値を出力する(ステップS53)。
The mesh transmission
メッシュ透過損失推定部402は、モデル化する屋内空間を動的メッシュサイズ決定部401から出力されたメッシュサイズで区切り次式(34)(または、次式(35)、(36)、(37)のいずれか)を用いて、各メッシュの透過面毎の透過損失値Mhを算出する。Iをパスの総数、Hを透過面の総数、i番目の透過波がh番目の透過面で透過する場合はXi,h=1とし、透過しない場合はXi,h=0とする。i番目の透過波がh番目の透過面に透過した場合の透過係数をMh、h番目の透過面を推定する場合は推定判定値αh=1、推定しない場合はαh=0とする。なお、初期の推定では全ての透過面の推定判定値αhは1とする。
The mesh transmission
メッシュ透過損失推定部402は、処理回数が再帰処理回数に達したか否かを判定し(ステップS54)、処理回数が再帰処理回数に達していない場合(ステップS54:NO)、処理をステップS55に進める。処理回数が再帰処理回数に達している場合(ステップS54:YES)、処理をステップS56に進める。
The mesh transmission
什器位置推定部403は、メッシュ透過損失推定部402から出力されたメッシュ毎の各面の透過損失値としきい値とを比較する。什器位置推定部403は、透過損失値がしきい値を超える場合に推定判定値αhを1に設定(αh=1)し、透過損失値がしきい値以下である場合に推定判定値αhを0に設定(αh=0)し(ステップS55)、処理をステップS52に戻す。これにより、例えば遮蔽物が存在する位置のメッシュでは、推定判定値αhが1に設定される。この処理を、メッシュサイズを段階的に細分化しながら再帰的に繰り返し、徐々に遮蔽物に相当する位置のメッシュを特定していくことで、処理全体で必要な実測データや演算量を削減することができる。
The fixture
ステップS56において、レイトレース計算部305は、メッシュ透過損失推定部402から出力されたメッシュごとの透過面の透過損失値に基づいてレイアウトデータを生成し、生成したレイアウトデータと受信電力推定対象端末の位置とに基づいて、レイの軌跡を幾何学的にトレースし、送信点から受信点まで到達するパスを出力する。伝搬損失計算部306はレイトレース計算部305から出力されたレイのパスと、遮蔽物の材質と、送信周波数とから、パスごとの透過係数、反射係数、回折係数や、距離による減衰量を出力する。受信電力計算部307は、伝搬損失計算部306から出力された減衰量と、送信パラメータに含まれる送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とを用いて、受信点の受信電力を算出して出力する。
In step S56, the ray
上記の処理により、第4実施形態による受信電力推定装置100cは、任意の点に設定した受信電力推定対象の無線通信装置(端末及びAP)の受信電力を推定する。また、処理回数の増加に応じてメッシュサイズが小さくなるように予め定められているので、受信電力を推定する際にメッシュサイズを段階的に小さく変化させて、遮蔽物の存在しない空間に対する演算処理を省略するようにしたため、受信電力の推定に必要な実測データ及び演算量を削減することができる。また、電波閉空間を形成する場合において、隣接する他の電波閉空間に対する与干渉量を規定値以下にするために必要な実測データを削減することができ、実測データの取得を効率化することができる。
Through the above processing, the received
なお、第3実施形態による受信電力推定装置100bが備える電波利用範囲推定部308を、第1、第2実施形態による受信電力推定装置に適用してもよい。また、第1、第2実施形態による受信電力推定装置は、メッシュサイズ決定部103とメッシュ透過損失推定部104とに代えて、第4実施形態による受信電力推定装置100cが備える動的メッシュサイズ決定部401とメッシュ透過損失推定部402と什器位置推定部403とを備えるようにしてもよい。
Note that the radio wave utilization
上述した第1、第2、第3、第4実施形態における遅延プロファイル推定部101、パス透過損失抽出部102、メッシュサイズ決定部103、メッシュ透過損失推定部104、受信電力推定部105、レイトレース計算部201、伝搬損失計算部202、受信電力計算部203、減算器204、パス分離部601、伝搬遅延推定部602、遅延プロファイル推定部603、レイトレース計算部305、伝搬損失計算部306、受信電力計算部、電波利用範囲推定部308、動的メッシュサイズ決定部401、メッシュ透過損失推定部402、什器位置推定部403の機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
Delay
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
マルチパス環境における無線の受信電力を推定する際に利用することができる。 It can be used when estimating wireless reception power in a multipath environment.
100、100a、100b、100c 受信電力推定装置
101 遅延プロファイル推定部
102 パス透過損失抽出部
103 メッシュサイズ決定部
104 メッシュ透過損失推定部
105 受信電力推定部
201 レイトレース計算部
202 伝搬損失計算部
203 受信電力計算部
204 減算器
601 パス分離部
602 伝搬遅延推定部
603 遅延プロファイル推定部
301 受信局
302 送信局
305 レイトレース計算部
306 伝搬損失計算部
307 受信電力計算部
308 電波利用範囲推定部
401 動的メッシュサイズ決定部
402 メッシュ透過損失推定部
403 什器位置推定部
900 受信電力推定装置
901 受信電力推定部
902 レイトレース計算部
903 伝搬損失計算部
904 受信電力計算部
100, 100a, 100b, 100c Received
Claims (9)
前記屋内空間をメッシュで区切り、前記パス透過損失抽出部が算出した前記パス毎の透過損失に基づいて前記メッシュごとの透過損失の推定値を算出するメッシュ透過損失推定部と、
前記メッシュ透過損失推定部が算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて前記空間内の任意の点における受信電力の推定値を算出する受信電力推定部と、
を備えることを特徴とする受信電力推定装置。 Based on the received power of a plurality of paths measured in a space including an indoor space where a shield is installed, and the received power of the path when the space is assumed to be a free space, the transmission loss for each path is calculated. A path transmission loss extraction unit to calculate,
A mesh transmission loss estimation unit that divides the indoor space with a mesh and calculates an estimated value of transmission loss for each mesh based on the transmission loss for each path calculated by the path transmission loss extraction unit;
A received power estimating unit that calculates an estimated value of received power at an arbitrary point in the space based on an estimated value of a transmission loss value for each mesh calculated by the mesh transmission loss estimating unit;
A received power estimation apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の受信電力推定装置。 The received power estimator includes layout data of the indoor space generated based on a difference in transmission loss estimates of the meshes estimated by the mesh transmission loss estimator, and estimated values of the transmission losses of the meshes. The radio communication of the reception power estimation target based on the position of the radio communication device of the reception power estimation target and the transmission antenna gain, reception antenna gain, transmission power, and transmission frequency of the radio communication device of the reception power estimation target Calculate an estimate of the received power of the device,
The received power estimation apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の受信電力推定装置。 From the data that associates the mesh size, the distance between the terminal and the shielding object, the projected area of the shielding object on the estimated plane, and the estimation error, the distance between the input terminal and the shielding object, the projected area of the shielding object on the estimated plane, And a mesh size determination unit that obtains a mesh size corresponding to the estimation error and outputs the mesh size to the mesh transmission loss estimation unit,
The received power estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記メッシュ透過損失推定部が算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて、遮蔽物の有無を判定する什器位置推定部と、
をさらに備え、
前記メッシュ透過損失推定部は、
透過損失値の推定値を算出する処理回数が前記動的メッシュサイズ決定部から出力された再帰処理回数に達するまで、処理回数に対応するメッシュサイズで前記屋内空間を区切り、メッシュごとの透過損失の推定値を算出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の受信電力推定装置。 From the data that associates the mesh size, distance between the terminal and the shield, the projected area of the shield on the estimated plane, the estimation error, the number of recursive processes, and the number of processes, the distance between the input terminal and the shield, A projected area on the estimation plane, and a recursive processing count corresponding to the estimation error and a mesh size for each processing count, and a dynamic mesh size determination unit that outputs to the mesh transmission loss estimation unit,
Based on the estimated value of the transmission loss value for each mesh calculated by the mesh transmission loss estimation unit, a fixture position estimation unit that determines the presence or absence of an obstruction,
Further comprising
The mesh transmission loss estimator is
The indoor space is divided by the mesh size corresponding to the number of processes until the number of processes for calculating the estimated value of the transmission loss reaches the number of recursive processes output from the dynamic mesh size determination unit, and the transmission loss for each mesh is calculated. The received power estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein an estimated value is calculated.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の受信電力推定装置。 Based on terminal position information including the position and time of the wireless communication device used in the indoor space, the wireless use range in the indoor space is specified, and interference with other wireless communication devices located in the vicinity of the indoor space 4. A radio wave usage range estimation unit that estimates and outputs an actual measurement area of received power necessary for determining whether or not the amount is equal to or less than a predetermined value. The received power estimation apparatus according to Item 1.
前記パス透過損失抽出部は、前記遅延プロファイル推定部が推定した前記遅延プロファイルと、前記空間を自由空間と仮定した場合の前記パスの受信電力とに基づいて、前記パスごとの透過損失を算出する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の受信電力推定装置。 A delay profile estimation unit for estimating a delay profile based on the received power of a plurality of paths actually measured in the space;
The path transmission loss extraction unit calculates a transmission loss for each path based on the delay profile estimated by the delay profile estimation unit and the received power of the path when the space is assumed to be a free space. ,
The received power estimation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
前記パス分離部が算出した前記空間スペクトラムのピーク値に対応する伝搬遅延時間を推定する伝搬遅延推定部と、
をさらに備え、
前記遅延プロファイル推定部は、前記遅延プロファイルとして、前記伝搬遅延推定部によって推定された各パスの伝搬遅延時間に対応する受信電力を算出する、
ことを特徴とする請求項6に記載の受信電力推定装置。 Calculating a received data correlation matrix from a frequency data vector obtained by sampling frequency domain data of received power actually measured in the space, and calculating a spatial spectrum from the received data correlation matrix; and
A propagation delay estimation unit that estimates a propagation delay time corresponding to the peak value of the spatial spectrum calculated by the path separation unit;
Further comprising
The delay profile estimation unit calculates received power corresponding to the propagation delay time of each path estimated by the propagation delay estimation unit as the delay profile.
The received power estimation apparatus according to claim 6.
前記空間における受信電力の実測に用いた無線通信装置の位置に基づいて、送信点から受信点まで到達するパスを算出するレイトレース計算部と、
マルチパス環境下における反射係数及び透過係数を1とし、前記レイトレース計算部が算出したパスと、受信電力の実測に用いた送信周波数とに基づいて、自由伝搬の距離減衰量を算出する伝搬損失計算部と、
前記伝搬損失計算部が算出した前記自由伝搬の距離減衰量と、受信電力の実測に用いた前記無線通信装置の送信アンテナ利得、受信アンテナ利得、及び送信電力とに基づいて、受信点の受信電力を算出する受信電力計算部と、
前記受信電力計算部が算出した前記受信点の受信電力と、前記遅延プロファイル推定部が推定した前記遅延プロファイルから得られる受信電力との差に基づいて前記パスごとの透過損失を算出する減算器とを備える、
ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の受信電力推定装置。 The path transmission loss extraction unit
Based on the position of the wireless communication device used for the actual measurement of the received power in the space, a ray trace calculation unit that calculates a path from the transmission point to the reception point;
Propagation loss for calculating the distance attenuation of free propagation based on the path calculated by the ray-trace calculator and the transmission frequency used for the actual measurement of received power, with the reflection coefficient and transmission coefficient in a multipath environment set to 1. A calculation unit;
Based on the free propagation distance attenuation calculated by the propagation loss calculation unit and the transmission antenna gain, reception antenna gain, and transmission power of the wireless communication device used for the actual measurement of received power, the received power at the reception point A received power calculation unit for calculating
A subtractor for calculating a transmission loss for each path based on a difference between the reception power of the reception point calculated by the reception power calculation unit and the reception power obtained from the delay profile estimated by the delay profile estimation unit; Comprising
The received power estimation apparatus according to claim 6 or 7, wherein:
パス透過損失抽出部が、遮蔽物が設置された屋内空間を含んだ空間において実測した複数のパスの受信電力と、前記空間を自由空間と仮定した場合の前記パスの受信電力とに基づいて、前記パスごとの透過損失を算出するパス透過損失抽出過程と、
メッシュ透過損失推定部が、前記屋内空間をメッシュで区切り、前記パス透過損失抽出過程において算出した前記パス毎の透過損失に基づいて前記メッシュごとの透過損失の推定値を算出するメッシュ透過損失推定過程と、
受信電力推定部が、前記メッシュ透過損失推定過程において算出したメッシュごとの透過損失値の推定値に基づいて前記空間内の任意の点における受信電力の推定値を算出する受信電力推定過程と、
を有することを特徴とする受信電力推定方法。 A received power estimation method executed by a received power estimation apparatus,
Based on the received power of the plurality of paths actually measured in the space including the indoor space where the shield is installed, and the received power of the path when the space is assumed to be a free space, the path transmission loss extraction unit, A path transmission loss extraction process for calculating transmission loss for each path;
A mesh transmission loss estimation unit, wherein the mesh transmission loss estimation unit divides the indoor space with a mesh and calculates an estimated value of the transmission loss for each mesh based on the transmission loss for each path calculated in the path transmission loss extraction process When,
A received power estimation process in which a received power estimation unit calculates an estimated value of received power at an arbitrary point in the space based on an estimated value of a transmission loss value for each mesh calculated in the mesh transmission loss estimation process;
A received power estimation method comprising:
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